3D-gedruckte Brücken: Die beeindruckendsten Projekte

In der Bauindustrie nimmt der Einsatz der additiven Fertigung stets zu. Ob es sich um den Bau von Häusern, Schulen oder sogar Brücken handelt, die 3D-Technologie bietet Vorteile für Bauprojekte verschiedenster Art. Wenn wir einen genaueren Blick auf die Stadtarchitektur werfen, so stellen wir fest, dass sich vor allem 3D-gedruckte Brückenprojekte großer Beliebtheit erfreuen. Die ersten 3D-gedruckten Brücken wurden bereits 2016 fertig gestellt und inzwischen finden wir eine Vielzahl der Bauten in den verschiedensten Ländern. Um mehr über die Vorhaben zu erfahren und insbesondere darüber, wie die additive Fertigung den Bau der Brücken erleichtert, haben wir für Sie eine Auswahl der herausragendsten Projekte der letzten Jahre zusammengestellt – einige davon wurden bereits fertiggestellt, andere befinden sich noch in der Planung oder werden demnächst errichtet.

Vertico Brücke nutzt 60 % weniger Material

Was einst utopisch war, ist inzwischen Realität. Das Unternehmen Vertico, hat die Initiative ergriffen, den 3D-Druck zum Bau einer Fußgängerbrücke einzusetzen, für welche 60% weniger Material im Vergleich zu sonstigen Baumethoden benötigt wird. Bei diesem Projekt hat Vertico mit der Universität Gent zusammengearbeitet und eine Fußgängerbrücke entworfen, die nicht durch ihre Größe, aber sicherlich durch ihre Ästhetik besticht und zudem durch ihre optimierte Topologie auffällt. Für das Vorhaben wurde ein 3D-Drucker für Beton verwendet, der über ein Druckvolumen von 4,5 x 2 x 2,5 m verfügt. Es wurde ein speziell für diesen Zweck entwickeltes Material genutzt. Mit der Realisierung will das Unternehmen CO2-Emissionen reduzieren und die Produktivität im Bausektor steigern.

Bild: Vertico

MX3D Brücke in Amsterdam 

Diese 3D-gedruckte Metallbrücke wurde im Juli 2021 im Amsterdamer Rotlichtviertel eingeweiht. Das niederländische Unternehmen MX3D hat die Brücke im Laufe der Jahre 2017 und 2018 mit der WAAM-Technologie (Wire Arc Additive Manufacturing) gefertigt. Das Unternehmen setzt auf generatives Design, einen iterativen Designprozess, bei dem mehrere Design-Outputs erstellt werden, um vorher festgelegte Parameter zu erfüllen. Das Verfahren findet häufig in Bereichen wie der Kunst, Architektur und dem Produktdesign Anwendung. Die Brücke ist nicht daher nicht nur in ihrer Ästhetik einzigartig, sondern außerdem mit Sensoren ausgestattet, welche Daten zu den Überquerungen, möglichen Verformungen der Brücke, ihrer Belastung, Vibrationen, Bewegungen, etc. überwachen und aufzeichnen. Mit den gesammelten Informationen kann ein „digitaler Zwilling“ erstellt werden, der eine Live-Aufnahme der Brücke wiedergibt und den Projektleitern dabei hilft die Entwicklung und Abnutzung der Brücke zu verfolgen.

Zusammenarbeit mit der TU Eindhoven

Der renommierte Architekt Michiel van der Kley hat zusammen mit Summum Engineering und Witteveen+Bos in Zusammenarbeit mit der Technologischen Universität Eindhoven (TU/e) das 3D-Modell für die längste 3D-gedruckte Brücke für Radfahrer entworfen. Die Brücke wurde im 3D-Druckzentrum von Saint-Gobain Weber Beamix hergestellt. Zur Umsetzung wurden mehrere BAM-Roboterarme einsetzt. Die 29 Meter lange Brücke wurde mit runden und natürlichen Formen entworfen, um die Optik an die Natur anzupassen.

3D-gedruckte Brücke von Acciona in Madrid

Die in Alcobendas in Madrid gelegene Betonkonstruktion wurde von dem spanischen Unternehmen Acciona erstellt, ein Unternehmen das in mehreren Geschäftsbereichen tätig ist – unter anderem in den Bereichen Energie und Infrastruktur. Seit einigen Jahren widmet sich das spanische Unternehmen auch additiven Fertigung. Obwohl Acciona den Bau im 3D-Druck umgesetzt hat, wurde diese vom Institute of Advanced Architecture of Catalonia entworfen. Zu den technischen Eigenschaften kann festgehalten werden, dass die Brücke 12 Meter lang und 1,75 Meter breit ist. Darüber hinaus hat sie eine organische und biomimetisches Design, das Formen der Natur nachempfunden ist.

Bild: Acciona

Digital Future Projekt in Shanghai

China zählt zu den ersten Ländern, das mit dem Bau von Brücken mittels additiver Fertigung begonnen hat. Zu den ersten Konstruktionen, die mit dieser Technologie hergestellt wurden, gehören die beiden Brücken, die von der School of Architecture and Urbanism der Universität Shanghai in 3D gedruckt wurden. Als Teil des Projekts „Shanghai Digital Future“ sollten die beiden Bauwerke beweisen, dass neue Technologien Bereiche wie die Architektur- und Baubranche revolutionieren können. Die beiden aus Kunststoff gefertigten Brücken sind 4 bzw. 11 Meter lang. Für den Bau der beiden Strukturen haben die Projektleiter nach eigenen Angaben einen Kuka-Roboterarm und ein maßgeschneidertes 3D-Druckmodul verwendet. Insgesamt wurden 360 Stunden für die additive Fertigung benötigt.

Bild:  Universidad de Tongji

Die erste 3D-gedruckte Brücke in den Niederlanden

2017 entwarfen die Technische Universität Eindhoven (TUE) und das Unternehmen BAM Infra die erste 3D-gedruckte Betonbrücke in den Niederlanden. Die 8 Meter lange und 3,5 Meter breite Brücke, die aus 800 Schichten Beton gefertigt wurde, führt über einen Graben und verbindet so zwei Straßen. Wie in anderen Beispielen geben auch TUE und BAM Infra an, dank dem 3D-Druck die Menge an Beton, die für den Bau des Bauwerks benötigt wurde, reduziert zu haben. Die in der Stadt Gemert gelegene Brücke wurde in nur 3 Monaten fertiggestellt.

Bild: Bart Maat / EPA

ETH Zurich und Zaha Hadid Architects entwerfen armierungsfreie Brücke

Gemeinsam mit Zaha Hadid Architects gelang es Architekten der ETH Zürich die Fußgängerbrücke Striatus zu entwerfen, welche mit einem einzigartigen 3D-Druckverfahren in Kooperation mit Incremental3D realisiert wurde. Striatus ist ist eine 12 x 16 Meter lange armierungsfreie Brücke, die in einem Park in Venedig errichtet wurde. Sie ist Teil der Internationalen Architekturausstellung und besteht aus mehreren Einzelteilen, welche einen flexiblen Auf- und Abbau ermöglichen. Bei der verwendeten Technologie wird der Beton nicht wie üblich Schicht für Schicht horizontal aufgetragen, sondern in bestimmten Winkeln, welche dafür sorgen, dass die Brücke ohne Armierung oder Verstärkung auskommt. Besucher haben die Möglichkeit, die Brücke noch bis zum 21. November 2021 in Venedig zu besichtigen. 

Bild: Studio Naaro

Die längste 3D-Betonbrücke in China

Stolze 176 Einheiten aus Zement halten die längste 3D-gedruckte Betonbrücke der Welt zusammen, welche Fußgänger in Shanghai sicher über den Kanal bringt. Die Brücke wurde von einem Team rund um Professor Wu Weiguo der Tsinghua University entworfen und gemeinsam mit Wisdome Bay additiv gefertigt. Inspiriert von der ​​historischen Brücke Anji in Zhaozhou (China) soll die Fußgängerbrücke in Shanghai repräsentativ für das Potenzial der Technologie für Ingenieurprojekte aller Art sein. Für den Bau kamen zwei Roboterarme zum Einsatz, welche den Betonbogen innerhalb von 450 Stunden gefertigt haben. Das Team gibt an, dass für die Umsetzung im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsverfahren zwei Drittel der Kosten eingespart werden konnten. 

Bild: JCDA

Eine einziehbare 3D-gedruckte Brücke

Im vergangenen Sommer wurde in China eine weitere Brücke fertiggestellt, welche zum Teil mit Hilfe der additiven Fertigung konstruiert wurde – und dazu über eine ganz besondere Funktion verfügt. Sie wurde nämlich so konzipiert, dass sie sich jederzeit einfahren lässt und durch einen, über Bluetooth verbundenen Knopf, gesteuert werden kann. Bei diesem Vorhaben wurde zwar nicht die gesamte Brücke in 3D gedruckt – die dreieckige Elemente wurden innerhalb von drei Tagen mit der additive Fertigung hergestellt. Die 36 Elemente wurden aus einem Verbundwerkstoff aus recycelten Materialien hergestellt. Die Brücke ist 9 Meter lang und 1,5 Meter breit und wurde im Wisdom Bay Park installiert.

3D-gedruckte Brücken in Planung / Fertigstellung

Das Tor zu den Olympischen Spielen 2024

Wie Sie vielleicht wissen, werden die nächsten Olympischen Spiele im Jahr 2024 in Paris stattfinden. Die französische Hauptstadt bereitet sich bereits heute auf den Empfang der Athleten und Sportler vor, damit die Veranstaltungen unter den besten Bedingungen abgehalten werden können. Dabei müssen nicht nur für die Veranstaltungen selbst Vorbereitungen getroffen werden, sondern auch die Infrastruktur für die vielen Besucher geschaffen werden. Aus diesem Grund hat sich eine Gruppe von Unternehmen (Freyssinet, Lavigne & Cheron Architects, Quadric, XtreeE, LafargeHolcim) zusammengeschlossen, um einen 40 Meter langen Steg zu errichten, dessen gesamtes Deck in 3D gedruckt werden soll. Installiert werden soll die Brücke im Stadtteil Pleyel, wo sich auch das Olympische und Paralympische Dorf befinden wird.

Marine Corps Combat testet 3D-gedruckte Brücken

2019 führt das US-Marine Corps Combat ein Schulungsprogramm für Spezialabteilungen durch, bei dem der Einsatz eines ACES-Druckers (Automated Construction of Expeditionary Structures) getestet wurde. Das Marine Corps experimentiert mit Beton- und Aluminiumdruckersystemen, um diese Art von 3D-Druckern zur Erstellung von maßgeschneiderten Brücken vor Ort einzusetzen. „Das einzige Hindernis ist derzeit die Ausarbeitung von Vereinbarungen über geistiges Eigentum mit der Industrie“, erklärte Hauptmann Matthew Friedell, der Teamleiter der Advanced Manufacturing Operations Cell im Marine Corps Rapid Sustainment Office. Er geht davon aus, dass die additive Fertigungsindustrie und das US-Verteidigungsministerium in den nächsten Jahren Vereinbarungen zur Nutzung geschützter 3D-Technologien treffen werde.

Sicherung einer 3D-gedruckten Brückenstütze während einer Übung in Camp Pendleton, Kalifornien. (Bild: Marine Corps).

Eine 3D-gedruckte Fußgängerbrücke in Rotterdam

In einer Zusammenarbeit von Royal HaskoningDVC, CEAD und Covestro wurde der erste Prototyp einer 3D-gedruckten Fußgängerbrücke aus einem glasfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoff hergestellt. Die Unternehmen geben an, dass sie sich für dieses Material entschieden haben, weil faserverstärkte Polymerbrücken im Vergleich zu Stahl für eine längere Lebensdauer und niedrigere Lebenszykluskosten aufweisen. Sie weisen auch darauf hin, dass dies offenbar das erste Mal ist, dass jemand die 3D-Drucktechnologie einsetzt, um eine Brücke aus großformatigen, endlosfaserverstärkten thermoplastischen Teilen herzustellen. Für die Technologie wurden die Schmelzgranulatherstellung und das Granulat Arnite AM8527 von Covestro verwendet. Die Unternehmen sehen mehrere Vorteile des 3D-Drucks im Brückenbau, darunter eine kürzere Bauzeit, die umweltfreundlichere Bauweise, einen geringen Wartungsaufwand und eine längere Lebensdauer. Derzeit existiert die Brücke nur als Prototyp, soll aber im Kralingse Bos Park in Rotterdam installiert werden.

Eine Hängebrücke mit 3D-gedrucktem Rahmen

Die Newport Bridge wurde 1969 gebaut, um die Städte Jamestown und Newport in Rhode Island zu verbinden. Zum Zeitpunkt ihrer Errichtung wurde sie dank ihrer Länge von 2,1 Meilen und ihrer Höhe von 400 Fuß (damit Flugzeugträger der Navy unter ihr hindurchfahren konnten) als Zeugnis des technischen Fortschritts gepriesen. Nachdem sie 2019 in Claiborne-Pell-Brücke umbenannt worden war, wurde jedoch einigen klar, dass es an der Zeit sein könnte, die Brücke zu modernisieren. Senator Sheldon Whitehouse und andere Regierungsvertreter hofften nämlich, den Zugang zum wirtschaftlich benachteiligten Stadtteil North End in Newport zu verlegen und die Brücke für Fußgänger und Radfahrer besser zugänglich zu machen. Studenten des Fachbereichs Innenarchitektur der Rhode Island School of Design (RISD) haben kürzlich eine mögliche Lösung vorgeschlagen. Im August 2021 zeigten sie eine 3D-Darstellung ihrer Vision, einer hängenden unteren Ebene für die Brücke. Sie haben zwar noch nicht gezeigt, wie sie die Struktur herstellen wollen, aber sie haben bereits erwähnt, dass sie den 3D-Druck nutzen werden, um eine geschlossene Struktur aus Kohlefaser zu schaffen, die die untere Ebene vor starken Winden schützen würde.

Die Brücke könnte von einem 3D-gedruckten Gehäuse aus Kohlefaser getragen werden (Foto: Jo Sittenfeld MFA 08 PH / RISD)

3D-gedruckte Brücke auf Kunststoffbasis

2018 haben sich das chinesische Bauunternehmen Shanghai Mechanized Construction Group Co (SMCC) und der 3D-Filamenthersteller Polymaker zusammengeschlossen, um eine einzigartige 3D-gedruckte Brücke zu realisieren. Die aus Kunststoff gefertigte und für Fußgänger gedachte Brücke ist 15,25 Meter lang, 3,8 Meter breit und wiegt rund 5.800 Kilo. Um dies zu erreichen, haben die beiden Unternehmen nach eigenen Angaben einen XXL-Drucker verwendet, der ein Druckvolumen von 24 Metern Länge und 4 Metern Breite hat. Was das verwendete Material angeht, so geben die Unternehmen an, ASA mit Glasfasern verwendet zu haben.

Bild: Ti Gong

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